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摘要：2014年，日本科学家赤崎勇和天野浩以及一名日裔美籍学者中村修二共同获得了诺贝尔物理学奖。赤崎勇是天野浩的指导教师，也是蓝光LED研究领域的开创者，具有较强的代表性。这篇文章考察了赤崎勇的早期学习与研究经历，梳理了赤崎勇步入化合物半导体结晶研究领域、制备高质量氮化镓单晶体取得突破、成功研制高效蓝色LED等事件的来龙去脉，并分析了赤崎勇取得诺贝尔奖级重大科技突破的主要因素，讨论了重大科技突破与科学家个人兴趣及社会需求的关系。深入剖析赤崎勇的研究历程，有助于为我国的科技政策制定与优化提供新思路。
关键词：赤崎勇；蓝色发光二极管；诺贝尔物理学奖；研究开发；科技突破
中图分类号：G305；N09 文献编码：A DOI：10.3969/j.issn1003-8256.2014.05.001
剖析具有典型性的科技创新案例是制定行之有效的科技政策的基础。诺贝尔奖级科技突破的取得无疑具有一定的典型性。因此，我们有必要对诺贝尔奖获得者取得重大科技突破的具体过程展开深入的考察，以期能为我国科技政策的制定提供一些有益的借鉴。
2014年的诺贝尔物理学奖授给了日本的一对师生（赤崎勇、天野浩）和一名日裔美籍学者（中村修二）。自1949年汤川秀树获得诺贝尔物理学奖以来，日本累计摘得诺贝尔自然科学奖桂冠的人数已达17人（不含两名日裔美籍物理学奖获得者）。除汤川秀树、朝永振一郎、江崎玲于奈、福井谦一、利根川进5人外，其他12人都是在进入新世纪后获奖的。不过，师生两人同时获诺贝尔奖在日本还是第一回。
以下，笔者拟以赤崎勇为重点，全面梳理赤崎勇和天野浩师生二人取得诺贝尔奖级重大科技突破的来龙去脉，并在此基础上针对若干科技创新管理问题谈些粗浅的看法。之所以选取赤崎勇作为重点考察对象，主要是因为他写过一本自述，披露了很多有关蓝色发光二极管（LED）的研制逸事[1]，而且与赤崎勇同时获奖的中村修二早年写过多篇有关蓝色LED的研究述评[2][3]，中村修二在日亚化学公司工作时的上司小山稔也写过一本与蓝色LED的开发有关的书籍[4]，加上诺贝尔奖委员会公布的一些资料[5]以及赤崎勇发表的论文[6]等，可以比较容易地勾勒出赤崎勇当年研制蓝色LED取得突破的具体过程。
1 早期的学习研究经历
赤崎勇1929年出生于日本九州南部的鹿儿岛，在家排行老二。其父毕业于鹿儿岛县立萨南工业学校，主要靠经营佛具店维持家计。他的哥哥毕业于九州大学，先后担任九州大学综合理工学院院长，福冈工业大学校长。受比他大两岁的哥哥的影响，赤崎勇儿时颇爱读书学习。但由于日本先后发动了侵华战争和太平洋战争，致使其小学时代和初中时代都在动荡中度过。上初中时，除需要接受高强度的军事训练之外，他还要经常去参加军工厂和农忙季节的劳动。战败前的两年里，他和2008年的诺贝尔化学奖获得者下村修（1928-）[7]一样，白天几乎都没有上过课，不是去海军航空队参加飞机掩体的建造劳动，就是去海军工厂去当学徒工，跟班劳动。1946年，赤崎勇考入鹿儿岛的“七高”，但和他一起学习的大多是比他年长两到三岁的原军校预科生和从其它地方转学过来的插班生。
1949年，赤崎勇考入京都大学理学院。这一年，该院教授汤川秀树荣获诺贝尔物理学奖，极大地提振了日本人从事科学研究的信心。大学期间，赤崎师从著名的分析化学家石桥雅义教授。除化学系课程外，他还选修了不少物理系和工学院的课程。当时，他最感兴趣的课程是长得非常像爱因斯坦的荒胜文策教授开的《物理学通论》，特别是荒胜说的“既存在先提出理论，然后再用实验进行验证的情形；又存在先有实验结果，然后再构建理论的情形”给他留下了非常深刻的印象。
1952年，赤崎勇如期完成大学学业，入职神户工业公司。神户工业公司非常重视科学研究，以致被人们戏称为“神户工业大学”。当时，江崎玲于奈（1973年的诺贝尔物理学奖获得者）、佐佐木正（夏普公司副社长）也在这家公司从事科研工作。在神户工业，赤崎主要做了两项研究工作，一是弄清美国RCA公司生产的显像管内部的硫化锌荧光薄膜的涂布方法，为仿制显像管奠定工艺技术基础；二是开发使用荧光材料检测核辐射强度技术，以满足市场上日益增长的放射线检测需求。尽管将半导体硫化锌均匀地涂成只有几微米厚的荧光薄膜非常费力，但赤崎还是成功地掌握了这项关键技术，并因此和冷光结下了不解之缘。在研制放射线检测器过程中，也需要将荧光材料制成只有几微米厚的结晶层，然后再测试其辐射反应值。由于多晶体对辐射的反应值差异很大，故赤崎很早就体会到了研制单晶体的重要性。
1958年神户工业并入富士通公司。第二年，赤崎勇与其上司有住彻弥一同转入名古屋大学工学院新成立的电子工程系半导体工程研究室。有住担任教授，赤崎担任助教。在名古屋大学期间，赤崎除协助有住指导半导体专业的研究生开展实验研究外，还自主开展了锗的单结晶研究。当时，制作锗的单结晶大多采用区域精制法，由于用这种方法制备的锗的单晶体通常只能使用固相扩散法进行掺杂，故所获得的锗的N型结晶性能不是很稳定。为了从根本上解决问题，赤崎决定使用气相外延生长法制备锗的单结晶。当他好不容易使用气相外延生长法在基板上沉积出锗的单晶体时，得知IBM公司已经抢先使用这种方法制成了锗的单晶体。这使赤崎懊恼不已。但他毕竟成了第一个掌握了半导体薄膜气相外延生长法的日本学者，而且他还因这项研究于1964年在职获得了名古屋大学的工学博士学位。
2 迷上化合物半导体结晶研究
1963年，总部设在大阪的松下电器公司决定扩建主要从事电子技术基础研究的东京研究所。受松下幸之助会长之托在日本各地物色合适人选的东京研究所所长、原东北大学电子工学教授小池勇二郎相中了刚刚升任名古屋大学副教授的赤崎勇。在小池的盛情邀请下，赤崎于1964年4月转赴松下电器东京研究所担任第四基础研究室主任。当时该所设立了八个研究室，拥有近百名科研人员。由于研究资金比较充裕，赤崎到任后决定直接挑战化合物半导体，而不是像锗和硅这样的元素半导体。 赤崎勇最初选择的化合物半导体是“魔法水晶”砷化镓。使用自制实验装置，赤崎与助手一起试制出了纯度更高的砷化镓结晶。其性质与人们此前对砷化镓性质的认识有着非常大的差异。这一发现使赤崎深深地意识到，半导体结晶的性质会随着纯度的提升和缺陷的减少发生急剧变化。1968年参加莫斯科半导体国际会议时，赤崎公开发表了此项研究成果，并受到了与会者的好评。此后，英国皇家雷达研究所（RRE）的希尔苏姆（Cyril Hilsum）等国际化合物半导体研究权威还特地访问了他的实验室。
1962年，先后两度获得诺贝尔物理学奖的巴丁（John Bardeen）的学生、通用电气公司（GE）的何伦亚克（Nick Holonyak）使用磷砷化镓研制出了红色LED，在世界上掀起了可见光发光二极管研究热。在化合物半导体研究领域积累了丰富经验的赤崎勇决定使用磷化镓结晶研制亮度更高的超小型红色LED，并于1969年取得成功。该项技术被应用于警用无线对讲机，使松下电器赢得了首个政府采购订单。之后，赤崎团队又乘胜追击，研制出了双向红色LED，并于1970年代被应用于制作煤气泄漏报警装置和火灾报警装置，使松下电器成了这个领域的领导企业。
1960年代后期，赤崎团队还尝试着使用一些新方法对其它化合物半导体展开了研究。其中，氮化铝结晶研究就是一例。氮化铝的带隙比绝缘体钻石还要大，因此制作氮化铝结晶难度极大。好不容易制备出氮化铝结晶，却因晶体缺陷过多根本无法用于制作二极管。于是，赤崎试着在氮化铝中添加一些氮化镓以制作混合结晶，结果仍不如意。虽然这些研究并没有都达到预期目标，但却为后来的蓝色LED研究积累了不少有益的经验。
1969年，美国RCA公司的研究组使用氢化物气相外延生长（HVPE）法制成了氮化镓结晶薄膜，1971年又使用这种结晶制成了MIS（金属-绝缘体-半导体）型蓝色LED。由于这种非p-n结型二极管的发光效率太低，故无法满足实用要求。之后，众多学者把目光纷纷投向了高亮度蓝色LED。不过，那时学者们既有从碳化硅入手的，又有从硒化锌入手的。赤崎勇则于1973年果断地选择了氮化镓，因为氮化镓的能隙比较大，电子与空穴复合时发出明亮蓝光的可能性更大；而且氮化镓的硬度高，制成产品后性能会更加稳定。
赤崎勇在制作氮化镓结晶之初使用的是分子束外延生长（MBE）法，这种方法是其在研制砷化镓结晶时摸索出来的。可是，不管他如何努力，在蓝宝石基板上沉积出的氮化镓结晶都会有裂纹，而且表面粗糙、颜色不纯。不断试错后，1974年初赤崎终于使用MBE法制成了氮化镓单晶体，但他当时并没有对外公开，只是向日本通商产业省进行了汇报。
1975年，日本通商产业省成立了蓝色发光元件委员会，并启动了一个为期三年的官产学协同创新联盟项目：“关于开发蓝色发光元件的应用研究”。赤崎勇成了这个项目中的重要成员之一。但在此后的三年里，赤崎团队并未能使用自制的氮化镓结晶制成p-n结型蓝色LED，只是研制出了一种发光效率得到明显改善的MIS型蓝色LED，而且使用的氮化镓结晶还是用HVPE法制备的。
1970年代后期，RCA公司和飞利浦公司的同行先后放弃氮化镓研究，转向砷化锌研究。当年相中赤崎的小池勇二郎也于1977年过世。由于实用化前景不明朗，赤崎勇的氮化镓结晶研究遇到了前所未有的阻力。当时，日本政府正在筹组“光学测控系统技术创新联盟”，松下技术研究所（松下电器东京研究所于1971年改用此名）希望他能够代表研究所加盟，但由于必须中断氮化镓结晶研究，赤崎勇毅然决然地谢绝了。1981年8月赤崎转任名古屋大学工学院电子工程学系教授，时年51岁。
3 制备氮化镓单晶体取得突破
名古屋大学素以坚持学术自由而著称，为支持赤崎勇开展化合物半导体研究，专门为其建造了一间无尘实验室。在日本的大学普遍都还没有无尘实验室的时代，名古屋大学能够如此礼遇赤崎实属不易。此后，为回报名古屋大学，赤崎将自己的研究室建设成了一座“不夜城”。
当时，尽管有不少学者用实验数据否定了制作氮化镓蓝色LED的可能性，但是，赤崎勇认为，这些学者给出的数据并不一定可靠，因为使用不同纯度的半导体材料，得出的数据会存在明显差异。因此，他决定继续使用氮化镓研制蓝色LED，哪怕变成了沙漠上的独行者也在所不辞。不过，他放弃了被实践证明难以行得通的HVPE法和MBE法，改用1971年曾被其他学者一度试用过但没有成功的金属有机化合物气相外延生长（MOVPE）法。
使用MOVPE法研制氮化镓结晶不能没有MOVPE装置。今天，MOVPE装置已成了半导体研究实验室的标准配置，制造MOVPE装置也俨然成了一大产业。但在1980年代初期，MOVPE装置根本就无处可买。因此，赤崎勇只能将从松下技研带过来的实验装置作为基础，把其他教授弃用的旧实验仪器上还能使用的元器件一一拆下，并用科研经费新购部分元器件自行拼装MOVPE装置。尽管自行搭建实验装置非常辛苦，也很耗时，但这样毕竟可以抢在众多学者之前开展MOVPE法氮化镓结晶研究。
在名古屋大学使用MOVPE法试制氮化镓单晶体之初，赤崎勇像过去一样将蓝宝石基板平放在炉内，然后以很低的流速将氮化镓反应气体从上面缓缓吹入炉内。由于蓝宝石基板的温度高达摄氏1千度，致使底部的气体受热上窜，形成对流，氮化镓分子无法沉积到基板上。反复改进后，仍不见好转。于是，赤崎决定将基板按45度倾角斜放，并大幅度提高氮化镓反应气体的流速，结果获得了看上去表面非常均匀的氮化镓结晶。1985年3月，赤崎在日本应用物理学会年会上公开发表了这一研究成果。
实际上，使用MOVPE法方法获得的氮化镓结晶仍存在晶格缺陷，且混有不少杂质。赤崎勇深入分析后认为，晶格变形主要是因为蓝宝石基板的原子间隔与氮化镓的原子间隔相差过大，也即晶格失配造成的。由于必须承受摄氏1千多度的高温，故只能选用蓝宝石基板。在蓝宝石基板的格子与氮化镓的格子大小相差比较大的情况下，如何才能解决晶格变形问题？赤崎突然想起，自己在松下技研开发红色激光用半导体材料期间，曾给基板做过一个超薄缓冲层，它可以有效减缓应力变形。尽管当时采用的是液相外延生长法，而不是气相外延生长法，但不妨一试。于是，他把这种想法告诉了1983年考入自己实验室的研究生天野浩。 赤崎勇对照元素周期表琢磨一段时间后认为，碳化硅、氧化锌、氮化镓和氮化铝四种材料比较适合做蓝宝石基板的缓冲层。由于逐个尝试非常耗时，于是他将前两种材料的实验拜托给了自己过去的学生和同事。不过，实验结果都没有达到预期目标。于是，赤崎决定再用氮化铝试一试，因为他在松下技研工作时曾接触过这种材料，对其性质比较熟悉。这项工作自然而然地落到了天野浩的身上。
天野浩不分昼夜地做了一段时间的氮化铝缓冲层实验后，依然没有取得成功。一天，他在做实验时，可能是由于使用的次数太多，实验装置出现了故障，致使沉积炉内温度上不去，当他取出蓝宝石基板时，发现上面已经形成了一层光洁度很高的氮化铝薄层，实验意外地获得了成功。于是，制作氮化铝缓冲层的最佳温控值被赤崎勇和天野浩掌握了。之后，他们师生二人使用MOVPE法很快就制成了表面平坦如镜的高质量氮化镓单晶体。
高质量氮化镓单晶体于1985年研制成功之后，赤崎勇与天野浩等人于1986年联名公开发表了相关研究成果[8]。名古屋大学同年也为氮化铝缓冲层制作技术申请了专利。不过，用氮化镓制作同质缓冲层一事，赤崎当时没有给予高度重视，只交给一名硕士生来完成，以致没能取得突破。而这次与赤崎、天野一起获得诺贝尔物理学奖的中村修二1991年恰恰是用氮化镓做缓冲层制成了质量更高的氮化镓单晶体。
4 成功研制高效蓝色LED
研制出高质量的氮化镓单晶体后，接下来的难题就是，如何掺杂使其变成P型半导体？因为高亮度蓝色LED需要一个由P型半导体和N型半导体结合而成的p-n结来实现电光转换。氮化镓的N型结晶并不难制备。因为使用氮化铝低温缓冲层技术制成的氮化镓结晶中不可避免地会含有少量带有电子的杂质，因而呈N型结晶性质。但是，氮化镓的P型结晶必须另行制备。
氮化镓与硅不同，当时不论如何掺杂都无法制成P型半导体，以致氮化镓不适合制作P型结晶成了定论。但对赤崎勇来讲，如果无法研制出氮化镓的P型结晶，就无法实现用氮化镓p-n结制作高亮度蓝色LED的既定目标。自己为制备高质量的氮化镓单晶体已经耗费掉了12年的时光，如果现在知难而退，无异于前功尽弃，因此纵使是面临深渊，也只能义无反顾地往前走了。
氮化镓分子中的镓原子是正三价，氮原子是负五价，制作含有空穴载流子的氮化镓P型结晶有两种思路，一是用少量的正二价原子替换掉正三价原子镓；二是用少量的负六价原子替换掉负五价原子氮。由于前者通常比后者更易操作，故赤崎在给氮化镓结晶掺杂时最初选用的是正二价的锌。在赤崎的指导下，天野浩给氮化镓结晶掺锌很快就取得了成功，初步检测表明，这种晶体符合P型半导体的基本特征。但对其进行霍尔效应检测后确认，它并非P型半导体。虽然没有制成氮化镓的P型结晶，但天野非常偶然地发现，使用扫描电镜观测氮化镓的掺锌结晶时，这种结晶发光量明显增加，而其光谱并未改变[9]。1988年，天野和赤崎等人将这种现象命名为低能电子束辐射效应（LEEBI）予以公开发表。这项意外的发现为后来的氮化镓P型结晶研究奠定了非常重要的基础。
在对为什么给氮化镓掺锌无法获得P型结晶，制作P型结晶的突破口究竟在什么地方之类问题进行一个多月的分析思考后，赤崎和天野决定用镁代替锌试一试。因为他们在分析掺锌失败的原因时，发现1971年的一项研究提到，镁与镓的电负性差值比锌与镓的还要小。问题是使用MOVPE法制作氮化镓结晶时无法直接掺镁，必须将镁气化。这样就需要进口高纯度的有机镁化合物。尽管进口量很少，但仍耗费了8个月的时间。1988年底，收到材料后，赤崎指导研究室里的一名研究生像制作氮化镓的掺锌结晶一样制成了氮化镓的掺镁结晶。
1989年3月，赤崎团队用低能电子束辐射氮化镓的掺镁结晶后发现，这种结晶在光谱并未改变的情况下，发光强度陡增近80倍。将其与N型结晶结合制成二极管后，发现其完全具备P型结晶的特征。这令赤崎团队兴奋不已。之后的霍尔效应检测结果表明，这种使用有机镁化合物制成的氮化镓掺镁结晶确实是P型结晶。此项成果1989年12月在日本应用物理学会的欧文杂志上发表后[10]，引起了国际学术界的广泛关注。
制作高亮度p-n结型蓝色LED不仅需要高质量的氮化镓P型结晶，还需要高质量的氮化镓N型结晶。尽管使用氮化铝低温缓冲层技术制成的氮化镓单晶体已具备N型结晶性质，但由于这种结晶中的杂质含量非常少，电阻非常大，不太适合制作p-n结型二极管。这样一来，研制高质量的氮化镓N型结晶又成了摆在赤崎勇面前的重要课题。经过不断探索，赤崎团队于1989年秋使用硅烷气体掺硅技术制成了电阻值可控的高质量氮化镓N型结晶。之后，赤崎团队又一鼓作气地于1989年底研制出世界上第一个高亮度氮化镓PN结型蓝色LED。此时，赤崎已年逾花甲。
1990年，赤崎勇又开始向氮化镓蓝色激光二极管发起挑战。这一年，赤崎在室温条件下使用弱紫外线就使自己研制的高纯度氮化镓晶体受激发光，为氮化镓蓝色激光二极管的研制排除了一个重要的障碍。蓝色激光二极管的开发后来主要是由时任日亚化学公司研究员的中村修二完成的。
1992年，赤崎勇从名古屋大学退休，同时获聘担任私立名城大学教授。1989年获博士学位后一直留在赤崎项目组担任研究助手的天野浩同年跟随导师赴名城大学担任讲师，时年32岁。
5 成功要因分析
通过上面的考察可以看出，赤崎勇中小学时代并没有受到过非常好的教育，大学也只念了三年，博士学位还是在职读的，而且从未出国进修过，但他却取得了诺贝尔奖级的重大科技突破，不仅自己摘得了诺贝尔物理学奖桂冠，还亲手培养出了一位诺贝尔物理学奖获得者。因此，称其为科学大师并不为过。由此看来，杰出科技人才的成长与其早期所受的教育关系并不是很大。无独有偶，这次和赤诚勇同时获得诺贝尔物理学奖的中村修二也只是普通国立大学——德岛大学的硕士毕业生，其博士学位也是后来在职读的。荣获2008年诺贝尔化学奖的下村修更加特别，只读过三年专科，博士学位则是在名古屋大学进修期间获得的。因此，我们很难把这些人的成功归因于早期在学校所受的课程教育。学校教育对杰出人才成长的重要性固然不容低估，但影响杰出人才成长的绝不仅仅是学校教育，毕业后获得的机遇和自身的努力有时显得更为重要。那么，赤崎勇的成功要因究竟何在？ 首先，赤崎勇能够摘得诺贝尔奖桂冠与其攻克的高效蓝色发光二极管研制难题具有广泛应用前景和巨大社会需求不无关系。
1962年底，何伦亚克使用磷砷化镓研制出红色LED。这对赤崎勇产生的冲击可想而知。赤崎于1964年进入松下电器东京研究所担任第四基础研究室主任后，迅速决定由元素半导体研究转向化合物半导体研究，与其敏锐地看到了可见光LED的应用前景不无关联。1968年，绿色LED也宣告问世；1972年，何伦亚克的学生、孟山都公司的克劳福德（M. George Craford）又研制出了第一个黄光LED，并将红光LED的亮度提高了10倍。至此，红、绿、蓝三原色中只剩下蓝色LED研究尚未取得突破。一旦蓝色LED的研究取得重大突破，那么人类便打开了通往全彩LED显示时代和高效白色照明时代的大门。正是因为有了如此诱人的应用前景的导引，赤崎勇等一批科学家才会顽强地向蓝色LED发起冲击。因为自己的研究深具应用价值，且具有巨大社会需求，故即使挑战失败，或者只是成了铺路石，那也是有意义的。
对于任何一个有社会责任感的科学家来讲，没有什么比从事一项极有可能在不久的将来给人类带来巨大福祉的研究更令人感到愉悦的。关键是如何才能敏锐地捕捉到深具学术价值和应用前景的研究选题。人们常说板凳要坐十年冷，但这样做需要一个前提，那就是所从事的研究具有重要的学术价值和广阔的应用前景。如果所从事的研究没有太大的学术价值和应用前景，任凭是谁也很难长期坚持，即使能够长期坚持，也很难做出恩泽后世的杰出科技贡献。所以，坚持不懈固然重要，但更为重要的是，所从事的研究的确很有意义，值得人们为之付出。
其次，赤崎勇能够屡获重大科技突破与其对化合物半导体研究抱有浓厚兴趣、并坚持不懈地在同一领域辛勤耕耘有着密切关联。
即便是从1973年着手研制氮化镓蓝色LED开始算起，至1989年取得突破，赤崎勇在氮化镓蓝色LED研究领域也至少耕耘了16年。实际上，他此前在神户工业公司和名古屋大学所做的在基板上生成荧光材料薄膜和元素半导体薄膜之类研究，以及早期在松下电器东京研究所开展的化合物半导体结晶研究，与氮化镓蓝色LED研究都有着很强的相关性。如此看来，说赤崎勇为研制蓝色LED奋斗了30余年也不为过。仅凭社会需求的引导，很难令一个人矢志不移地在一个称不上是“富矿”的狭窄领域埋头苦干数十年。驱动赤崎勇在氮化镓蓝色LED研究领域勇往直前的重要力量可以说是兴趣。这个兴趣的形成与其在神户工业公司与冷光结缘有着很大的关联。那个时候他就产生了制备性能稳定的化合物单结晶的强烈冲动。之后，无论是在松下电器东京研究所，还是在名古屋大学工学院，他的研究基本上都是围绕着制备发光用化合物半导体单结晶展开的。由于迷上了这类研究，以致在光通信技术快速发展的1970年代后期，他竟然拒绝参与主持政府组织的、可以名利双收的光学测控系统技术创新联盟。
科研兴趣是驱动一个人从事科学研究的重要引擎。形成了强烈的科研兴趣，人们才有可能抛开杂念，潜心开展研究。当一个人追名逐利，不愿意对一个有趣的自然现象进行深究时，那他也就失去了在这一领域建功立业的机会。失败是成功之母，兴趣是成功之父，赤诚勇得以在氮化镓蓝色LED研究领域取得重大突破，无疑是兴趣驱动的结果。
再次，自己搭建主要实验装置是赤崎勇得以率先研制出高效蓝色发光二极管的关键。
赤崎勇在研制氮化镓结晶过程中曾使用过分子束外延生长法和金属有机化合物气相外延生长法。这两种方法都是他自己开发的，而且试验装置也都是他自己搭建的。尽管使用自己搭建的分子束外延生长实验装置并没有达到预期目标，但却制备出了氮化镓单晶体，从而为跻身政府推进的题为“关于开发蓝色发光元件的应用研究”的官产学协同创新联盟项目奠定了基础。金属有机化合物气相外延生长装置同样是自行搭建的，而且还根据实验要求进行了多次改进。正是因为使用了这种新型实验装置和氮化铝缓冲层技术，赤崎勇团队才于1986年获得了晶体质量高、光学特性好的氮化镓单结晶。没有这项突破，高效蓝色发光二极管也就不可能得以抢在其他团队之前问世。
在科学日益技术化的今日，实验装置的唯一性和先进性几乎成了最新发现的物质保证。使用最先进的实验装置，即使是一个普通的科研人员，也有可能做出非凡的科学发现。使用别人已经使用过的实验装置开展研究，无异于跟在别人后面去海边拾贝壳，虽然偶尔也能够获得一些意外的发现，但是这种概率远小于先行者。因此，对于从事实验研究的科研人员来讲，没有什么事比获得最先进的实验装置更令人高兴的了。问题是，最先进的实验装置靠金钱是很难买得到的，即使买得到，也需要花费很多时间。所以，能否自行搭建出所需的实验装置十分重要。
还有，两次意外发现也为赤崎勇率先研制出高效蓝色发光二极管奠定了重要基础。
幸运女神曾两度光顾赤崎勇团队。一次是在天野浩按照导师的意见给蓝宝石基板制作氮化铝缓冲层时，另一次则是在天野浩使用扫描电镜观测氮化镓的掺锌结晶时。第一次是因为金属有机化合物气相外延生长实验装置出现了故障，致使沉积炉内的温度升不上去，非常偶然地在蓝宝石基板上沉积出了一层光洁度很高的氮化铝薄层，从而解决了为蓝宝石基板制作氧化铝缓冲层的技术难题。如果不能解决制作缓冲层难题，赤崎勇团队就不可能于1985年制备出高质量的氮化镓单晶体。第二次是在给氮化镓单晶体掺锌取得成功后，检测其物理性质时，偶然发现用低能电子束辐射可以增加这种结晶的发光量，从而为后来的氮化镓P型结晶研究奠定了非常重要的基础。没有这项意外的发现，高效蓝色LED也就不可能于1989年问世。
两次意外发现既成就了天野浩，也成就了赤崎勇。如果没有这两次偶然发现，赤崎勇虽然在化合物半导体研究领域埋头苦干了数十年，也未必能如愿以偿地研制出高效氮化镓蓝色LED。但是反过来，如果不是因为已在化合物半导体研究领域耕耘数十年，积累了丰富的研究经验，赤崎勇也不会想到用氮化铝来做缓冲层，也不会那么快就指导天野浩制备出氮化镓掺锌结晶。如此看来，除有必要对大有希望的重要选题进行持续的高强度的资助之外，还应扩大资助范围，将希望寄托在有可能在大胆探索过程中做出重要科学发现的年轻人身上。诺贝尔奖级科技突破从来就不是规划出来的，但当认真做科学研究的人越来越多时，总会有人取得重大科技突破。
关键词：赤崎勇；蓝色发光二极管；诺贝尔物理学奖；研究开发；科技突破
中图分类号：G305；N09 文献编码：A DOI：10.3969/j.issn1003-8256.2014.05.001
剖析具有典型性的科技创新案例是制定行之有效的科技政策的基础。诺贝尔奖级科技突破的取得无疑具有一定的典型性。因此，我们有必要对诺贝尔奖获得者取得重大科技突破的具体过程展开深入的考察，以期能为我国科技政策的制定提供一些有益的借鉴。
2014年的诺贝尔物理学奖授给了日本的一对师生（赤崎勇、天野浩）和一名日裔美籍学者（中村修二）。自1949年汤川秀树获得诺贝尔物理学奖以来，日本累计摘得诺贝尔自然科学奖桂冠的人数已达17人（不含两名日裔美籍物理学奖获得者）。除汤川秀树、朝永振一郎、江崎玲于奈、福井谦一、利根川进5人外，其他12人都是在进入新世纪后获奖的。不过，师生两人同时获诺贝尔奖在日本还是第一回。
以下，笔者拟以赤崎勇为重点，全面梳理赤崎勇和天野浩师生二人取得诺贝尔奖级重大科技突破的来龙去脉，并在此基础上针对若干科技创新管理问题谈些粗浅的看法。之所以选取赤崎勇作为重点考察对象，主要是因为他写过一本自述，披露了很多有关蓝色发光二极管（LED）的研制逸事[1]，而且与赤崎勇同时获奖的中村修二早年写过多篇有关蓝色LED的研究述评[2][3]，中村修二在日亚化学公司工作时的上司小山稔也写过一本与蓝色LED的开发有关的书籍[4]，加上诺贝尔奖委员会公布的一些资料[5]以及赤崎勇发表的论文[6]等，可以比较容易地勾勒出赤崎勇当年研制蓝色LED取得突破的具体过程。
1 早期的学习研究经历
赤崎勇1929年出生于日本九州南部的鹿儿岛，在家排行老二。其父毕业于鹿儿岛县立萨南工业学校，主要靠经营佛具店维持家计。他的哥哥毕业于九州大学，先后担任九州大学综合理工学院院长，福冈工业大学校长。受比他大两岁的哥哥的影响，赤崎勇儿时颇爱读书学习。但由于日本先后发动了侵华战争和太平洋战争，致使其小学时代和初中时代都在动荡中度过。上初中时，除需要接受高强度的军事训练之外，他还要经常去参加军工厂和农忙季节的劳动。战败前的两年里，他和2008年的诺贝尔化学奖获得者下村修（1928-）[7]一样，白天几乎都没有上过课，不是去海军航空队参加飞机掩体的建造劳动，就是去海军工厂去当学徒工，跟班劳动。1946年，赤崎勇考入鹿儿岛的“七高”，但和他一起学习的大多是比他年长两到三岁的原军校预科生和从其它地方转学过来的插班生。
1949年，赤崎勇考入京都大学理学院。这一年，该院教授汤川秀树荣获诺贝尔物理学奖，极大地提振了日本人从事科学研究的信心。大学期间，赤崎师从著名的分析化学家石桥雅义教授。除化学系课程外，他还选修了不少物理系和工学院的课程。当时，他最感兴趣的课程是长得非常像爱因斯坦的荒胜文策教授开的《物理学通论》，特别是荒胜说的“既存在先提出理论，然后再用实验进行验证的情形；又存在先有实验结果，然后再构建理论的情形”给他留下了非常深刻的印象。
1952年，赤崎勇如期完成大学学业，入职神户工业公司。神户工业公司非常重视科学研究，以致被人们戏称为“神户工业大学”。当时，江崎玲于奈（1973年的诺贝尔物理学奖获得者）、佐佐木正（夏普公司副社长）也在这家公司从事科研工作。在神户工业，赤崎主要做了两项研究工作，一是弄清美国RCA公司生产的显像管内部的硫化锌荧光薄膜的涂布方法，为仿制显像管奠定工艺技术基础；二是开发使用荧光材料检测核辐射强度技术，以满足市场上日益增长的放射线检测需求。尽管将半导体硫化锌均匀地涂成只有几微米厚的荧光薄膜非常费力，但赤崎还是成功地掌握了这项关键技术，并因此和冷光结下了不解之缘。在研制放射线检测器过程中，也需要将荧光材料制成只有几微米厚的结晶层，然后再测试其辐射反应值。由于多晶体对辐射的反应值差异很大，故赤崎很早就体会到了研制单晶体的重要性。
1958年神户工业并入富士通公司。第二年，赤崎勇与其上司有住彻弥一同转入名古屋大学工学院新成立的电子工程系半导体工程研究室。有住担任教授，赤崎担任助教。在名古屋大学期间，赤崎除协助有住指导半导体专业的研究生开展实验研究外，还自主开展了锗的单结晶研究。当时，制作锗的单结晶大多采用区域精制法，由于用这种方法制备的锗的单晶体通常只能使用固相扩散法进行掺杂，故所获得的锗的N型结晶性能不是很稳定。为了从根本上解决问题，赤崎决定使用气相外延生长法制备锗的单结晶。当他好不容易使用气相外延生长法在基板上沉积出锗的单晶体时，得知IBM公司已经抢先使用这种方法制成了锗的单晶体。这使赤崎懊恼不已。但他毕竟成了第一个掌握了半导体薄膜气相外延生长法的日本学者，而且他还因这项研究于1964年在职获得了名古屋大学的工学博士学位。
2 迷上化合物半导体结晶研究
1963年，总部设在大阪的松下电器公司决定扩建主要从事电子技术基础研究的东京研究所。受松下幸之助会长之托在日本各地物色合适人选的东京研究所所长、原东北大学电子工学教授小池勇二郎相中了刚刚升任名古屋大学副教授的赤崎勇。在小池的盛情邀请下，赤崎于1964年4月转赴松下电器东京研究所担任第四基础研究室主任。当时该所设立了八个研究室，拥有近百名科研人员。由于研究资金比较充裕，赤崎到任后决定直接挑战化合物半导体，而不是像锗和硅这样的元素半导体。 赤崎勇最初选择的化合物半导体是“魔法水晶”砷化镓。使用自制实验装置，赤崎与助手一起试制出了纯度更高的砷化镓结晶。其性质与人们此前对砷化镓性质的认识有着非常大的差异。这一发现使赤崎深深地意识到，半导体结晶的性质会随着纯度的提升和缺陷的减少发生急剧变化。1968年参加莫斯科半导体国际会议时，赤崎公开发表了此项研究成果，并受到了与会者的好评。此后，英国皇家雷达研究所（RRE）的希尔苏姆（Cyril Hilsum）等国际化合物半导体研究权威还特地访问了他的实验室。
1962年，先后两度获得诺贝尔物理学奖的巴丁（John Bardeen）的学生、通用电气公司（GE）的何伦亚克（Nick Holonyak）使用磷砷化镓研制出了红色LED，在世界上掀起了可见光发光二极管研究热。在化合物半导体研究领域积累了丰富经验的赤崎勇决定使用磷化镓结晶研制亮度更高的超小型红色LED，并于1969年取得成功。该项技术被应用于警用无线对讲机，使松下电器赢得了首个政府采购订单。之后，赤崎团队又乘胜追击，研制出了双向红色LED，并于1970年代被应用于制作煤气泄漏报警装置和火灾报警装置，使松下电器成了这个领域的领导企业。
1960年代后期，赤崎团队还尝试着使用一些新方法对其它化合物半导体展开了研究。其中，氮化铝结晶研究就是一例。氮化铝的带隙比绝缘体钻石还要大，因此制作氮化铝结晶难度极大。好不容易制备出氮化铝结晶，却因晶体缺陷过多根本无法用于制作二极管。于是，赤崎试着在氮化铝中添加一些氮化镓以制作混合结晶，结果仍不如意。虽然这些研究并没有都达到预期目标，但却为后来的蓝色LED研究积累了不少有益的经验。
1969年，美国RCA公司的研究组使用氢化物气相外延生长（HVPE）法制成了氮化镓结晶薄膜，1971年又使用这种结晶制成了MIS（金属-绝缘体-半导体）型蓝色LED。由于这种非p-n结型二极管的发光效率太低，故无法满足实用要求。之后，众多学者把目光纷纷投向了高亮度蓝色LED。不过，那时学者们既有从碳化硅入手的，又有从硒化锌入手的。赤崎勇则于1973年果断地选择了氮化镓，因为氮化镓的能隙比较大，电子与空穴复合时发出明亮蓝光的可能性更大；而且氮化镓的硬度高，制成产品后性能会更加稳定。
赤崎勇在制作氮化镓结晶之初使用的是分子束外延生长（MBE）法，这种方法是其在研制砷化镓结晶时摸索出来的。可是，不管他如何努力，在蓝宝石基板上沉积出的氮化镓结晶都会有裂纹，而且表面粗糙、颜色不纯。不断试错后，1974年初赤崎终于使用MBE法制成了氮化镓单晶体，但他当时并没有对外公开，只是向日本通商产业省进行了汇报。
1975年，日本通商产业省成立了蓝色发光元件委员会，并启动了一个为期三年的官产学协同创新联盟项目：“关于开发蓝色发光元件的应用研究”。赤崎勇成了这个项目中的重要成员之一。但在此后的三年里，赤崎团队并未能使用自制的氮化镓结晶制成p-n结型蓝色LED，只是研制出了一种发光效率得到明显改善的MIS型蓝色LED，而且使用的氮化镓结晶还是用HVPE法制备的。
1970年代后期，RCA公司和飞利浦公司的同行先后放弃氮化镓研究，转向砷化锌研究。当年相中赤崎的小池勇二郎也于1977年过世。由于实用化前景不明朗，赤崎勇的氮化镓结晶研究遇到了前所未有的阻力。当时，日本政府正在筹组“光学测控系统技术创新联盟”，松下技术研究所（松下电器东京研究所于1971年改用此名）希望他能够代表研究所加盟，但由于必须中断氮化镓结晶研究，赤崎勇毅然决然地谢绝了。1981年8月赤崎转任名古屋大学工学院电子工程学系教授，时年51岁。
3 制备氮化镓单晶体取得突破
名古屋大学素以坚持学术自由而著称，为支持赤崎勇开展化合物半导体研究，专门为其建造了一间无尘实验室。在日本的大学普遍都还没有无尘实验室的时代，名古屋大学能够如此礼遇赤崎实属不易。此后，为回报名古屋大学，赤崎将自己的研究室建设成了一座“不夜城”。
当时，尽管有不少学者用实验数据否定了制作氮化镓蓝色LED的可能性，但是，赤崎勇认为，这些学者给出的数据并不一定可靠，因为使用不同纯度的半导体材料，得出的数据会存在明显差异。因此，他决定继续使用氮化镓研制蓝色LED，哪怕变成了沙漠上的独行者也在所不辞。不过，他放弃了被实践证明难以行得通的HVPE法和MBE法，改用1971年曾被其他学者一度试用过但没有成功的金属有机化合物气相外延生长（MOVPE）法。
使用MOVPE法研制氮化镓结晶不能没有MOVPE装置。今天，MOVPE装置已成了半导体研究实验室的标准配置，制造MOVPE装置也俨然成了一大产业。但在1980年代初期，MOVPE装置根本就无处可买。因此，赤崎勇只能将从松下技研带过来的实验装置作为基础，把其他教授弃用的旧实验仪器上还能使用的元器件一一拆下，并用科研经费新购部分元器件自行拼装MOVPE装置。尽管自行搭建实验装置非常辛苦，也很耗时，但这样毕竟可以抢在众多学者之前开展MOVPE法氮化镓结晶研究。
在名古屋大学使用MOVPE法试制氮化镓单晶体之初，赤崎勇像过去一样将蓝宝石基板平放在炉内，然后以很低的流速将氮化镓反应气体从上面缓缓吹入炉内。由于蓝宝石基板的温度高达摄氏1千度，致使底部的气体受热上窜，形成对流，氮化镓分子无法沉积到基板上。反复改进后，仍不见好转。于是，赤崎决定将基板按45度倾角斜放，并大幅度提高氮化镓反应气体的流速，结果获得了看上去表面非常均匀的氮化镓结晶。1985年3月，赤崎在日本应用物理学会年会上公开发表了这一研究成果。
实际上，使用MOVPE法方法获得的氮化镓结晶仍存在晶格缺陷，且混有不少杂质。赤崎勇深入分析后认为，晶格变形主要是因为蓝宝石基板的原子间隔与氮化镓的原子间隔相差过大，也即晶格失配造成的。由于必须承受摄氏1千多度的高温，故只能选用蓝宝石基板。在蓝宝石基板的格子与氮化镓的格子大小相差比较大的情况下，如何才能解决晶格变形问题？赤崎突然想起，自己在松下技研开发红色激光用半导体材料期间，曾给基板做过一个超薄缓冲层，它可以有效减缓应力变形。尽管当时采用的是液相外延生长法，而不是气相外延生长法，但不妨一试。于是，他把这种想法告诉了1983年考入自己实验室的研究生天野浩。 赤崎勇对照元素周期表琢磨一段时间后认为，碳化硅、氧化锌、氮化镓和氮化铝四种材料比较适合做蓝宝石基板的缓冲层。由于逐个尝试非常耗时，于是他将前两种材料的实验拜托给了自己过去的学生和同事。不过，实验结果都没有达到预期目标。于是，赤崎决定再用氮化铝试一试，因为他在松下技研工作时曾接触过这种材料，对其性质比较熟悉。这项工作自然而然地落到了天野浩的身上。
天野浩不分昼夜地做了一段时间的氮化铝缓冲层实验后，依然没有取得成功。一天，他在做实验时，可能是由于使用的次数太多，实验装置出现了故障，致使沉积炉内温度上不去，当他取出蓝宝石基板时，发现上面已经形成了一层光洁度很高的氮化铝薄层，实验意外地获得了成功。于是，制作氮化铝缓冲层的最佳温控值被赤崎勇和天野浩掌握了。之后，他们师生二人使用MOVPE法很快就制成了表面平坦如镜的高质量氮化镓单晶体。
高质量氮化镓单晶体于1985年研制成功之后，赤崎勇与天野浩等人于1986年联名公开发表了相关研究成果[8]。名古屋大学同年也为氮化铝缓冲层制作技术申请了专利。不过，用氮化镓制作同质缓冲层一事，赤崎当时没有给予高度重视，只交给一名硕士生来完成，以致没能取得突破。而这次与赤崎、天野一起获得诺贝尔物理学奖的中村修二1991年恰恰是用氮化镓做缓冲层制成了质量更高的氮化镓单晶体。
4 成功研制高效蓝色LED
研制出高质量的氮化镓单晶体后，接下来的难题就是，如何掺杂使其变成P型半导体？因为高亮度蓝色LED需要一个由P型半导体和N型半导体结合而成的p-n结来实现电光转换。氮化镓的N型结晶并不难制备。因为使用氮化铝低温缓冲层技术制成的氮化镓结晶中不可避免地会含有少量带有电子的杂质，因而呈N型结晶性质。但是，氮化镓的P型结晶必须另行制备。
氮化镓与硅不同，当时不论如何掺杂都无法制成P型半导体，以致氮化镓不适合制作P型结晶成了定论。但对赤崎勇来讲，如果无法研制出氮化镓的P型结晶，就无法实现用氮化镓p-n结制作高亮度蓝色LED的既定目标。自己为制备高质量的氮化镓单晶体已经耗费掉了12年的时光，如果现在知难而退，无异于前功尽弃，因此纵使是面临深渊，也只能义无反顾地往前走了。
氮化镓分子中的镓原子是正三价，氮原子是负五价，制作含有空穴载流子的氮化镓P型结晶有两种思路，一是用少量的正二价原子替换掉正三价原子镓；二是用少量的负六价原子替换掉负五价原子氮。由于前者通常比后者更易操作，故赤崎在给氮化镓结晶掺杂时最初选用的是正二价的锌。在赤崎的指导下，天野浩给氮化镓结晶掺锌很快就取得了成功，初步检测表明，这种晶体符合P型半导体的基本特征。但对其进行霍尔效应检测后确认，它并非P型半导体。虽然没有制成氮化镓的P型结晶，但天野非常偶然地发现，使用扫描电镜观测氮化镓的掺锌结晶时，这种结晶发光量明显增加，而其光谱并未改变[9]。1988年，天野和赤崎等人将这种现象命名为低能电子束辐射效应（LEEBI）予以公开发表。这项意外的发现为后来的氮化镓P型结晶研究奠定了非常重要的基础。
在对为什么给氮化镓掺锌无法获得P型结晶，制作P型结晶的突破口究竟在什么地方之类问题进行一个多月的分析思考后，赤崎和天野决定用镁代替锌试一试。因为他们在分析掺锌失败的原因时，发现1971年的一项研究提到，镁与镓的电负性差值比锌与镓的还要小。问题是使用MOVPE法制作氮化镓结晶时无法直接掺镁，必须将镁气化。这样就需要进口高纯度的有机镁化合物。尽管进口量很少，但仍耗费了8个月的时间。1988年底，收到材料后，赤崎指导研究室里的一名研究生像制作氮化镓的掺锌结晶一样制成了氮化镓的掺镁结晶。
1989年3月，赤崎团队用低能电子束辐射氮化镓的掺镁结晶后发现，这种结晶在光谱并未改变的情况下，发光强度陡增近80倍。将其与N型结晶结合制成二极管后，发现其完全具备P型结晶的特征。这令赤崎团队兴奋不已。之后的霍尔效应检测结果表明，这种使用有机镁化合物制成的氮化镓掺镁结晶确实是P型结晶。此项成果1989年12月在日本应用物理学会的欧文杂志上发表后[10]，引起了国际学术界的广泛关注。
制作高亮度p-n结型蓝色LED不仅需要高质量的氮化镓P型结晶，还需要高质量的氮化镓N型结晶。尽管使用氮化铝低温缓冲层技术制成的氮化镓单晶体已具备N型结晶性质，但由于这种结晶中的杂质含量非常少，电阻非常大，不太适合制作p-n结型二极管。这样一来，研制高质量的氮化镓N型结晶又成了摆在赤崎勇面前的重要课题。经过不断探索，赤崎团队于1989年秋使用硅烷气体掺硅技术制成了电阻值可控的高质量氮化镓N型结晶。之后，赤崎团队又一鼓作气地于1989年底研制出世界上第一个高亮度氮化镓PN结型蓝色LED。此时，赤崎已年逾花甲。
1990年，赤崎勇又开始向氮化镓蓝色激光二极管发起挑战。这一年，赤崎在室温条件下使用弱紫外线就使自己研制的高纯度氮化镓晶体受激发光，为氮化镓蓝色激光二极管的研制排除了一个重要的障碍。蓝色激光二极管的开发后来主要是由时任日亚化学公司研究员的中村修二完成的。
1992年，赤崎勇从名古屋大学退休，同时获聘担任私立名城大学教授。1989年获博士学位后一直留在赤崎项目组担任研究助手的天野浩同年跟随导师赴名城大学担任讲师，时年32岁。
5 成功要因分析
通过上面的考察可以看出，赤崎勇中小学时代并没有受到过非常好的教育，大学也只念了三年，博士学位还是在职读的，而且从未出国进修过，但他却取得了诺贝尔奖级的重大科技突破，不仅自己摘得了诺贝尔物理学奖桂冠，还亲手培养出了一位诺贝尔物理学奖获得者。因此，称其为科学大师并不为过。由此看来，杰出科技人才的成长与其早期所受的教育关系并不是很大。无独有偶，这次和赤诚勇同时获得诺贝尔物理学奖的中村修二也只是普通国立大学——德岛大学的硕士毕业生，其博士学位也是后来在职读的。荣获2008年诺贝尔化学奖的下村修更加特别，只读过三年专科，博士学位则是在名古屋大学进修期间获得的。因此，我们很难把这些人的成功归因于早期在学校所受的课程教育。学校教育对杰出人才成长的重要性固然不容低估，但影响杰出人才成长的绝不仅仅是学校教育，毕业后获得的机遇和自身的努力有时显得更为重要。那么，赤崎勇的成功要因究竟何在？ 首先，赤崎勇能够摘得诺贝尔奖桂冠与其攻克的高效蓝色发光二极管研制难题具有广泛应用前景和巨大社会需求不无关系。
1962年底，何伦亚克使用磷砷化镓研制出红色LED。这对赤崎勇产生的冲击可想而知。赤崎于1964年进入松下电器东京研究所担任第四基础研究室主任后，迅速决定由元素半导体研究转向化合物半导体研究，与其敏锐地看到了可见光LED的应用前景不无关联。1968年，绿色LED也宣告问世；1972年，何伦亚克的学生、孟山都公司的克劳福德（M. George Craford）又研制出了第一个黄光LED，并将红光LED的亮度提高了10倍。至此，红、绿、蓝三原色中只剩下蓝色LED研究尚未取得突破。一旦蓝色LED的研究取得重大突破，那么人类便打开了通往全彩LED显示时代和高效白色照明时代的大门。正是因为有了如此诱人的应用前景的导引，赤崎勇等一批科学家才会顽强地向蓝色LED发起冲击。因为自己的研究深具应用价值，且具有巨大社会需求，故即使挑战失败，或者只是成了铺路石，那也是有意义的。
对于任何一个有社会责任感的科学家来讲，没有什么比从事一项极有可能在不久的将来给人类带来巨大福祉的研究更令人感到愉悦的。关键是如何才能敏锐地捕捉到深具学术价值和应用前景的研究选题。人们常说板凳要坐十年冷，但这样做需要一个前提，那就是所从事的研究具有重要的学术价值和广阔的应用前景。如果所从事的研究没有太大的学术价值和应用前景，任凭是谁也很难长期坚持，即使能够长期坚持，也很难做出恩泽后世的杰出科技贡献。所以，坚持不懈固然重要，但更为重要的是，所从事的研究的确很有意义，值得人们为之付出。
其次，赤崎勇能够屡获重大科技突破与其对化合物半导体研究抱有浓厚兴趣、并坚持不懈地在同一领域辛勤耕耘有着密切关联。
即便是从1973年着手研制氮化镓蓝色LED开始算起，至1989年取得突破，赤崎勇在氮化镓蓝色LED研究领域也至少耕耘了16年。实际上，他此前在神户工业公司和名古屋大学所做的在基板上生成荧光材料薄膜和元素半导体薄膜之类研究，以及早期在松下电器东京研究所开展的化合物半导体结晶研究，与氮化镓蓝色LED研究都有着很强的相关性。如此看来，说赤崎勇为研制蓝色LED奋斗了30余年也不为过。仅凭社会需求的引导，很难令一个人矢志不移地在一个称不上是“富矿”的狭窄领域埋头苦干数十年。驱动赤崎勇在氮化镓蓝色LED研究领域勇往直前的重要力量可以说是兴趣。这个兴趣的形成与其在神户工业公司与冷光结缘有着很大的关联。那个时候他就产生了制备性能稳定的化合物单结晶的强烈冲动。之后，无论是在松下电器东京研究所，还是在名古屋大学工学院，他的研究基本上都是围绕着制备发光用化合物半导体单结晶展开的。由于迷上了这类研究，以致在光通信技术快速发展的1970年代后期，他竟然拒绝参与主持政府组织的、可以名利双收的光学测控系统技术创新联盟。
科研兴趣是驱动一个人从事科学研究的重要引擎。形成了强烈的科研兴趣，人们才有可能抛开杂念，潜心开展研究。当一个人追名逐利，不愿意对一个有趣的自然现象进行深究时，那他也就失去了在这一领域建功立业的机会。失败是成功之母，兴趣是成功之父，赤诚勇得以在氮化镓蓝色LED研究领域取得重大突破，无疑是兴趣驱动的结果。
再次，自己搭建主要实验装置是赤崎勇得以率先研制出高效蓝色发光二极管的关键。
赤崎勇在研制氮化镓结晶过程中曾使用过分子束外延生长法和金属有机化合物气相外延生长法。这两种方法都是他自己开发的，而且试验装置也都是他自己搭建的。尽管使用自己搭建的分子束外延生长实验装置并没有达到预期目标，但却制备出了氮化镓单晶体，从而为跻身政府推进的题为“关于开发蓝色发光元件的应用研究”的官产学协同创新联盟项目奠定了基础。金属有机化合物气相外延生长装置同样是自行搭建的，而且还根据实验要求进行了多次改进。正是因为使用了这种新型实验装置和氮化铝缓冲层技术，赤崎勇团队才于1986年获得了晶体质量高、光学特性好的氮化镓单结晶。没有这项突破，高效蓝色发光二极管也就不可能得以抢在其他团队之前问世。
在科学日益技术化的今日，实验装置的唯一性和先进性几乎成了最新发现的物质保证。使用最先进的实验装置，即使是一个普通的科研人员，也有可能做出非凡的科学发现。使用别人已经使用过的实验装置开展研究，无异于跟在别人后面去海边拾贝壳，虽然偶尔也能够获得一些意外的发现，但是这种概率远小于先行者。因此，对于从事实验研究的科研人员来讲，没有什么事比获得最先进的实验装置更令人高兴的了。问题是，最先进的实验装置靠金钱是很难买得到的，即使买得到，也需要花费很多时间。所以，能否自行搭建出所需的实验装置十分重要。
还有，两次意外发现也为赤崎勇率先研制出高效蓝色发光二极管奠定了重要基础。
幸运女神曾两度光顾赤崎勇团队。一次是在天野浩按照导师的意见给蓝宝石基板制作氮化铝缓冲层时，另一次则是在天野浩使用扫描电镜观测氮化镓的掺锌结晶时。第一次是因为金属有机化合物气相外延生长实验装置出现了故障，致使沉积炉内的温度升不上去，非常偶然地在蓝宝石基板上沉积出了一层光洁度很高的氮化铝薄层，从而解决了为蓝宝石基板制作氧化铝缓冲层的技术难题。如果不能解决制作缓冲层难题，赤崎勇团队就不可能于1985年制备出高质量的氮化镓单晶体。第二次是在给氮化镓单晶体掺锌取得成功后，检测其物理性质时，偶然发现用低能电子束辐射可以增加这种结晶的发光量，从而为后来的氮化镓P型结晶研究奠定了非常重要的基础。没有这项意外的发现，高效蓝色LED也就不可能于1989年问世。
两次意外发现既成就了天野浩，也成就了赤崎勇。如果没有这两次偶然发现，赤崎勇虽然在化合物半导体研究领域埋头苦干了数十年，也未必能如愿以偿地研制出高效氮化镓蓝色LED。但是反过来，如果不是因为已在化合物半导体研究领域耕耘数十年，积累了丰富的研究经验，赤崎勇也不会想到用氮化铝来做缓冲层，也不会那么快就指导天野浩制备出氮化镓掺锌结晶。如此看来，除有必要对大有希望的重要选题进行持续的高强度的资助之外，还应扩大资助范围，将希望寄托在有可能在大胆探索过程中做出重要科学发现的年轻人身上。诺贝尔奖级科技突破从来就不是规划出来的，但当认真做科学研究的人越来越多时，总会有人取得重大科技突破。